Alimentation Expérimentation Dispositif (FED): Construction et validation d'un périphérique Open-source pour la mesure de la prise alimentaire chez les rongeurs

L'objectif général du dispositif d'expérimentation alimentaire est de créer un dispositif open source capable de mesurer l'ingestion alimentaire chez la souris dans un environnement de cage domestique. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans les domaines de l'alimentation et de l'obésité, notamment à savoir si des circuits neuronaux spécifiques peuvent induire différents profils d'ingestion alimentaire. Le principal avantage de cette technique réside dans son caractère open source et sa compatibilité avec la cage domestique.

Il permet de mesurer l'ingestion alimentaire sans équipement spécialisé ni cage particulière. Nous avons eu l'idée de cette méthode lorsque nous pesions manuellement l'ingestion alimentaire d'un grand nombre de souris. Cette procédure était longue et sujette à des erreurs.

La démonstration visuelle de cette méthode est essentielle, car les étapes de fabrication peuvent être difficiles à apprendre. Commencez par préparer quatre paires de connecteurs à deux broches et étiquetez les côtés mâles et femelles A, B, C et D respectivement, puis retirez le fil rouge des deux côtés de la paire de connecteurs D. Préparez ensuite une paire de connecteurs à trois broches et étiquetez les côtés mâles et femelles E. Soudez des connecteurs femelles empilables avec douilles sur le côté supérieur du microcontrôleur. Coupe les fils dépassants des connecteurs sur la face inférieure du microcontrôleur, puis reliez les connecteurs femelles empilables avec douilles au-dessus du module de journalisation de données numérique sécurisé, ou SD.

Laisser des fils dépassants au bas du blindage. S'ils existent, relier par des cavaliers les pastilles SCL, SDA, MOSI, MISO et SCK situées au bas du shield SD. Si elles ne sont pas présentes, ignorer cette étape.

Ensuite, fixez des connecteurs mâles sur le bouclier moteur avec des broches sortant par le bas. Soudez les connecteurs sur le bouclier moteur. Assurez-vous que le cavalier VIN est bien en place au-dessus du bloc d'alimentation sur le bouclier moteur.

Insérez une pile au lithium de trois volts dans le module SD. Pour assembler le bouton d’alimentation, soudez le connecteur mâle à deux broches A à C1 à l’aide d’un fil rouge, et A à la masse à l’aide d’un fil noir, ainsi que B au positif avec un fil rouge et B à NO1 avec un fil noir. Isoler toutes les connexions avec des manchons thermorétractables.

Soudez le photo-interrupteur et une résistance de 4,7 K sur la carte d'extension. Coupe les fils dépassants à l'arrière de la carte d'extension du photo-interrupteur. Fixez le connecteur mâle à trois broches E à l'arrière de la carte d'extension, le fil rouge vers PWR, le fil vert vers GND et le fil blanc vers SIG, puis soudez le connecteur femelle à deux broches A aux broches 5 V et de masse sur la carte d'extension, ainsi que le fil noir du connecteur mâle D à la broche GND supplémentaire sur la carte d'extension.

Ensuite, reliez le connecteur à deux broches C aux bornes d'un jack BNC en plaçant le fil rouge sur la broche centrale et le fil noir sur la broche extérieure. Assemblez le blindage moteur en torsadant ensemble les fils rouge et noir du connecteur femelle B, puis soudez-les à VIN. Enfin, soudez ce qui suit.

Un, le fil noir du connecteur femelle C à la broche de masse à côté de AREF et le fil rouge de ce connecteur à la broche trois. Deux, le fil noir du connecteur femelle D à la broche de masse à côté de VIN, et trois, le fil vert du connecteur femelle E à la broche de masse à côté de 5 V, le fil rouge de ce connecteur à 5 V, et le fil blanc de ce connecteur à la broche deux. Commencez par relier la carte d'extension FTDI aux broches de programmation du microcontrôleur, puis connectez la carte d'extension FTDI à l'ordinateur à l'aide d'un câble micro USB.

Dans le logiciel, cliquez sur le bouton de téléchargement pour envoyer le dispositif d'expérimentation alimentaire, ou le croquis FED, à la carte d'extension. Ensuite, fixez solidement le moteur pas à pas de cinq volts sur le support de moteur imprimé en 3D à l'aide de deux vis à tôle de taille 6, un quart de pouce, puis insérez le disque tournant dans le support de moteur et appuyez fermement pour l'attacher de façon sécurisée à l'arbre du moteur pas à pas. Vissez le silo à nourriture imprimé en 3D sur le support de moteur, en veillant à ce que le bras de nivellement des granulés soit positionné au-dessus du trou dans le support de moteur.

Ensuite, vissez les pièces nouvellement assemblées sur le dessus de la base imprimée, en orientant le moteur pas à pas vers l'arrière de la base et en plaçant le trou à l'avant. Coupez le connecteur à cinq broches des fils du moteur pas à pas et dénudez environ deux millimètres à l'extrémité de chaque fil, puis reliez les fils du moteur pas à pas aux connecteurs à bornes du module moteur : le fil rouge à la masse, les fils orange et rose à un port moteur, et les fils bleu et jaune à l'autre port moteur. Ensuite, retirez le filet du bouton d'alimentation et insérez le bouton d'alimentation dans le trou situé sur le côté droit de la base.

Fixer le bouton en place à l'aide d'un écrou hexagonal. Placer l'interrompeur photoélectrique dans son logement imprimé en 3D et fixer le logement à la base du FED à l'aide de deux vis en nylon d'un pouce et des écrous correspondants. Ensuite, insérer le connecteur BNC dans le trou situé sur le côté gauche de la base du FED.

Fixez en place avec l'écrou, puis reliez un bloc-batterie de 3,7 volts au module convertisseur DC-DC élévateur par l'intermédiaire de la connexion à deux broches. Vissez la carte élévatrice dans le boîtier à l'aide de vis en acier de taille 2, un quart de pouce, pour tôles, puis fixez le microcontrôleur à l'intérieur de la base en orientant les connexions FTDI vers l'interrupteur d'alimentation à l'aide de vis en acier de taille 4, un quart de pouce, pour tôles. Empilez ensuite le bouclier moteur et le bouclier d'enregistrement des données au-dessus du microcontrôleur. Montez la carte élévatrice en orientant la fente microSD vers le bas.

Enfin, reliez les cinq connecteurs, mâle A à femelle A, mâle B à femelle B, et ainsi de suite. Placez la batterie à l'intérieur de la base imprimée en 3D, faites glisser les couvercles avant et arrière sur le FED, remplissez le réservoir avec des granulés et placez le couvercle sur le réservoir. Une fois l'assemblage terminé, insérez une carte SD dans le module d'enregistrement de données, allumez le système FED à l'aide du bouton-poussoir d'alimentation et testez le bon fonctionnement de l'appareil.

Retirer manuellement cinq à 10 pastilles du puits d’alimentation et vérifier que des pastilles de remplacement sont distribuées. Enfin, retirer la carte SD et s’assurer que les données ont été enregistrées correctement. Après une période d’acclimatation d’une semaine, le distributeur d’aliments a été retiré et remplacé par un FED pour cinq jours de tests de validation.

La récupération des granulés pour chaque souris montre une alimentation continue tout au long de la période de test de validation, avec une rythmicité circadienne clairement visible. Pour quantifier la précision du FED, chaque système FED a reçu 1 000 granulés pendant la période de test de validation. Le FED enregistre 95 % des granulés sur la carte SD.

Une fois maîtrisée, chaque FED peut être construite en environ deux à trois heures. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez bien comprendre comment monter un FED et valider son utilisation. En raison de son caractère open source, des fonctionnalités supplémentaires, telles que le comportement opérant, peuvent être ajoutées au FED afin de répondre à d'autres questions.